DE102012109763A1 - Electroluminescent textile used for e.g. safety clothing for road worker, comprises textile substrate on which multilayered structure comprising electroconductive layers and light-emitting layer between electroconductive layers - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein elektrolumineszierendes Textil.The invention relates to an electroluminescent textile.
Elektrolumineszenz ist die elektrische Stimulierung von Leuchtpigmenten in Gegenwart eines Dielektrikums zwischen zwei Elektroden in einem elektrischen Wechselfeld. Als Lumineszenzpigment, das heißt lumineszierende Pimente eignen sich mit Kupfer und/oder Mangan dotiertes Zinksulfid, Cadmiumsulfid, Cadmiumselenid, oder Zinktellurid und Galliumnitrid. Bei der Elektrolumineszenz werden Elektronen in einem hochohmigen Halbleiter durch ein hohes elektrisches Feld so stark beschleunigt, dass sie durch Stoßionisation weitere Ladungsträger aus Störstellen auslösen. Diese werden zum Teil an Störstellen eingefangen und rekombinieren dort unter Aussendung von Licht.Electroluminescence is the electrical stimulation of luminescent pigments in the presence of a dielectric between two electrodes in an alternating electric field. Suitable luminescent pigments, ie luminescent pimentes, are zinc sulfide doped with copper and / or manganese, cadmium sulfide, cadmium selenide, or zinc telluride and gallium nitride. In electroluminescence, electrons in a high-resistance semiconductor are accelerated so much by a high electric field that they trigger further charge carriers from impurities by impact ionization. These are partly trapped in impurities and recombine there with the emission of light.
Textile Leuchtsysteme auf Basis der Elektrolumineszenz sind seit etwa zehn Jahren Gegenstand textiler Forschung und zielen auf Anwendungen in der Werbung und Sicherheitstechnik oder als Hintergrundbeleuchtung und Effektbeleuchtung ab. Durch elektrolumineszierende Schichten, welche unter Anlegung einer elektrischen Spannung Licht ausstrahlen, können beispielsweise Warnbekleidungen hergestellt werden, welche auch in absoluter Dunkelheit sicher funktionieren. Das Anwendungspotential reicht von Sicherheitskleidung für Straßenarbeiter und Polizei bis hin zu aktiven Schutzanzügen für die Feuerwehr. Aber auch Textilien für mannigfaltige andere Anwendungen wie die blendfreie Innenbeleuchtung in Automobilien oder Fluchtwegmarkierungen in textilen Bodenbelägen, Notbeleuchtung in textilen Bodenbelägen und schaltbare Warnhinweise sind denkbar.Textile lighting systems based on electroluminescence have been the subject of textile research for about ten years and are aimed at applications in advertising and security technology or as backlighting and effect lighting. By electroluminescent layers, which emit light when applying an electrical voltage, for example, warning clothing can be produced, which work safely even in absolute darkness. The application potential ranges from safety clothing for road workers and police to active protective suits for the fire brigade. But also textiles for a variety of other applications such as the glare-free interior lighting in automobiles or escape route markings in textile floor coverings, emergency lighting in textile floor coverings and switchable warnings are conceivable.
Ein derartiges elektrolumineszierendes Textil ist beispielsweise aus der
Bereitstellen eines Textilsubstrats;
optional Aufbringen einer Schutzschicht auf eine erste Oberfläche des Textilsubstrats;
Aufbringen einer ersten transparenten leitfähigen Schicht auf die erste Oberfläche des Textilsubstrats oder die Schutzschicht;
Aufbringen wenigstens einer lichtemittierenden Schicht auf die transparente leitfähige Schicht;
Aufbringen wenigstens einer dielektrischen Schicht auf die lichtemittierende Schicht;
Aufbringen wenigstens einer zweiten leitfähigen Schicht auf die dielektrische Schicht;
optional Anbringen von Anschlusselementen an den leitfähigen Schichten; und
elektrisches Verbinden der ersten transparenten leitfähigen Schicht und der zweiten leitfähigen Schicht mit einer Spannungsquelle.Providing a textile substrate;
optionally applying a protective layer to a first surface of the textile substrate;
Applying a first transparent conductive layer to the first surface of the textile substrate or the protective layer;
Applying at least one light-emitting layer to the transparent conductive layer;
Applying at least one dielectric layer to the light-emitting layer;
Applying at least one second conductive layer to the dielectric layer;
optionally attaching connection elements to the conductive layers; and
electrically connecting the first transparent conductive layer and the second conductive layer to a voltage source.
Nachteilig bei einem derartigen elektrolumineszierenden Textil ist der relativ aufwändige Schichtaufbau, da neben zwei leitfähigen Schichten und einer lichtemittierenden Schicht eine weitere Schicht als Dielektrikum zwischen den leitfähigen Schichten benötigt wird.A disadvantage of such an electroluminescent textile is the relatively complex layer structure, since in addition to two conductive layers and one light-emitting layer, a further layer is required as a dielectric between the conductive layers.
Weiterhin ist bei derartigen elektrolumineszierenden Textilien nachteilig, dass die aufgebrachten Schichtstrukturen das Textilsubstrat dahingehend negativ beeinflussen, dass ein schlechter Griff der so bearbeiteten Textilien erhalten wird, das heißt die Textilien sind unerwünscht hart und unnachgiebig.Furthermore, it is disadvantageous in the case of such electroluminescent textiles that the applied layer structures negatively influence the textile substrate in such a way that a poor feel of the textiles processed in this way is obtained, that is to say the textiles are undesirably hard and unyielding.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, elektrolumineszierende Textilien bereitzustellen, welche einfach herstellbar sind und eine hohe Funktionalität aufweisen ohne die Textilien Eigenschaften zu beeinträchtigen.The invention has for its object to provide electroluminescent textiles, which are easy to produce and have high functionality without affecting the textiles properties.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.To solve this problem, the features of
Die Erfindung betrifft ein elektrolumineszierendes Textil und umfasst ein Textilsubstrat mit einer auf dieser aufgebrachten Schichtstruktur, welche zwei in Abstand zueinander angeordnete elektrisch leitfähige Schichten und eine zwischen diesen leitfähigen Schichten angeordnete lichtemittierende Schicht mit Lumineszenzpigmenten aufweist, wobei die lichtemittierende Schicht ein Dielektrikum ausbildet, das heißt dielektrische Eigenschaften aufweist. Anstelle von Textilien ist die Erfindung auch für andere flexible Materialien wie Folien, Planen und dergleichen einsetzbar.The invention relates to an electroluminescent textile and comprises a textile substrate having a layer structure applied thereto, which has two electrically conductive layers arranged at a distance from one another and a light-emitting layer with luminescent pigments arranged between these conductive layers, the light-emitting layer forming a dielectric, that is to say a dielectric Features. Instead of textiles, the invention can also be used for other flexible materials such as films, tarpaulins and the like.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen elektrolumineszierenden Textils besteht darin, dass neben der lichtemittierenden Schicht keine separate Dielektrikum-Schicht zwischen der leitfähigen Schicht benötigt wird, da die lichtemittierende Schicht selbst die Funktion einer isolierenden, dielektrischen Schicht übernimmt. Dies führt zu einer wesentlichen Vereinfachung des Schichtaufbaus des elektrolumineszierenden Textils wodurch auch eine rationelle, kostengünstige Herstellung des elektrolumineszierenden Textils gegeben ist.An essential advantage of the electroluminescent textile according to the invention is that, in addition to the light-emitting layer, there is no separate dielectric layer between the conductive layer is needed, since the light-emitting layer itself performs the function of an insulating dielectric layer. This leads to a substantial simplification of the layer structure of the electroluminescent textile, whereby a rational, cost-effective production of the electroluminescent textile is given.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die lichtemittierende Schicht eine reine Lumineszenzpigment-Schicht mit Lumineszenzpigmenten und einem wasserlöslichen Dispergiermittel.According to an advantageous embodiment of the invention, the light-emitting layer is a pure luminescence pigment layer with luminescent pigments and a water-soluble dispersant.
Zweckmäßig enthält das wasserlösliche Dispergiermittel alkoxylierte Fettalkohole oder Fettsäuren.Suitably, the water-soluble dispersant contains alkoxylated fatty alcohols or fatty acids.
Bereits mit dieser Lumineszenzpigment-Schicht werden hinreichende dielektrische Eigenschaften erzielt, die eine separate Dielektrikumschicht zwischen den leitfähigen Schichten überflüssig machen. Die genannten wasserlöslichen Dispergiermittel dienen dabei weiterhin zur Stabilisierung der Lumineszenzpigmente. Besonders vorteilhaft ist weiterhin, dass Fettalkohole und Fettsäuren biologisch abbaubare Dispergiermittel darstellen. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil gegenüber, biologisch schwer oder nicht abbaubaren Dispergiermitteln wie Arylsulfon-Formaldehyd-Kondensationsprodukten oder wasserlöslichen oxalkylierten Phenolen, die ebenfalls zur Herstellung der lichtemittierenden Schicht genutzt werden können.Already with this luminescent pigment layer sufficient dielectric properties are achieved which make a separate dielectric layer between the conductive layers superfluous. The said water-soluble dispersants continue to serve to stabilize the luminescent pigments. It is furthermore particularly advantageous that fatty alcohols and fatty acids constitute biodegradable dispersants. This presents a significant advantage over biodegradable or non-biodegradable dispersants such as arylsulfone-formaldehyde condensation products or water-soluble alkoxylated phenols, which can also be used to make the light-emitting layer.
Vorteilhaft sind die Lumineszenzpigmente von mit Kupfer und/oder Mangandotierten Zinksulfid, Cadmiumsulfid, Cadmiumselenid, Zinktellurid oder Galliumnitrid gebildet.Advantageously, the luminescent pigments of copper and / or manganese doped zinc sulfide, cadmium sulfide, cadmium selenide, zinc telluride or gallium nitride are formed.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung besteht die lichtemittierende Schicht aus einem Gemisch, welches neben Lumineszenzpigmenten und einem wasserlöslichen Dispergiermittel zusätzlich ein Dielektrikum und/oder ein Bindemittel enthält.According to an expedient development, the light-emitting layer consists of a mixture which, in addition to luminescent pigments and a water-soluble dispersant, additionally contains a dielectric and / or a binder.
Auch in diesem Fall besteht ein wesentlicher Vorteil darin, dass zwischen den leitfähigen Schichten mit der lichtemittierenden Schicht nur eine Schicht benötigt wird.Also in this case, there is a significant advantage in that only one layer is required between the conductive layers having the light-emitting layer.
Als Bindemittel werden bevorzugt textiltypische Bindemittel eingesetzt, die nicht zu einer Griffverhärtung des Textilsubstrats führen. Prinzipiell eignen sich hierzu Bindemittel auf Polyarcylat- oder Polyurethanbasis.The binders used are preferably textile-typical binders which do not lead to a handle hardening of the textile substrate. In principle, binders based on polyarcylate or polyurethane are suitable for this purpose.
Die lichtemittierende Schicht wird bevorzugt aus einer Paste gebildet, wobei prinzipiell auch eine niederviskosere Tinte zur Herstellung der lichtemittierenden Schicht verwendet werden kann.The light-emitting layer is preferably formed from a paste, wherein in principle a lower-viscosity ink can also be used for producing the light-emitting layer.
Die leitfähigen Schichten sind allgemein von Tinten oder Pasten gebildet, wobei besonders vorteilhaft die Tinten oder Pasten wasserbasierte Bindemittel enthalten.The conductive layers are generally formed from inks or pastes, and more preferably the inks or pastes contain water-based binders.
Als Bindemittel werden bevorzugt dieselben Bindemittel wie für die leitfähigen Schichten eingesetzt, also insbesondere textiltypische Bindemittel, die nicht zu einer Griffverhärtung der Textilien führen.The binders used are preferably the same binders as for the conductive layers, ie in particular textile-typical binders which do not lead to a handle hardening of the textiles.
Besonders vorteilhaft sind die Bindemittel von Acrylaten, N-Methyloacrylaten, Styrolacrylate, Styrolbutadienen, Acrylonitril-butadienen, Butadien-Acrylat-Copolymeren oder Polyacrylat-Copolymeren gebildet.The binders of acrylates, N-methyloacrylates, styrene acrylates, styrene butadienes, acrylonitrile-butadienes, butadiene-acrylate copolymers or polyacrylate copolymers are particularly advantageously formed.
Die Herstellung der leitfähigen Schichten und lichtemittierenden Schichten des erfindungsgemäßen elektrolumineszierenden Textils erfolgt vorteilhaft durch Beschichtungsverfahren, durch Siebdruckverfahren oder durch Inkjet-Verfahren.The production of the conductive layers and light-emitting layers of the electroluminescent textile according to the invention is advantageously carried out by coating methods, by screen printing or by inkjet methods.
Je nach Herstellungsverfahren kann der Einsatz spezifischer Bindemittel vorteilhaft sein.Depending on the manufacturing process, the use of specific binders may be advantageous.
Beim Inkjetdruck beispielsweise kommen als Bindemittel vor allem N-Methylolacrylate, Acrylate, Styrolacrylate, Styrolbutadiene, Acyrylonitrilbutadiene und Butadien-Acrylat-Copolymere zum Einsatz. Polyacrylat Copolymere stellen hierbei den bei weitem größten Anteil im Pigmentdruck und in Inkjettinten dar. Diese Bindemittel können thermisch gehärtet werden und unterscheiden sich in der resultierenden Härte des Binderfilms, der u. a. auch durch das Copolymerisatverhältnis bestimmt und sehr gut durch den Glasumwandlungspunkt TG beschrieben werden kann. Hoher TG heißt harter, niedriger TG weicher Binderfilm. Durch Auswahl eines geeigneten Bindemittels für die Tintenformulierung als auch die separate Binderapplikation könnte also die Griffgebung des bedruckten Textilsubstrats gezielt beeinflusst werden. So wird mit Butadienbindern i. a. ein weicher Griff aber auch schlechte Reibechtheiten erhalten, während mit Styrol-Acrylat-Copolymeren meist gute Echtheiten aber auch ein harter Griff erhalten werden. Daneben können auch strahlenhärtbare Bindemittel Anwendung in der Tintenformulierung finden, da diese Bindemittel bereits in sehr geringen Konzentrationen hohe Wirksamkeit aufweisen.In the case of inkjet printing, for example, N-methylolacrylates, acrylates, styrene acrylates, styrene-butadienes, acrylonitrile-butadienes and butadiene-acrylate copolymers are used as binders. These binders can be cured thermally and differ in the resulting hardness of the binder film, which among other things also determined by the copolymer ratio and can be described very well by the glass transition point T G. , High T G is called hard, lower T G soft binder film. By selecting a suitable binder for the ink formulation as well as the separate binder application, the grip of the printed textile substrate could thus be influenced in a targeted manner. For example, butadiene binders generally give a soft feel but also poor rubbing fastness, while styrene-acrylate copolymers usually give good fastnesses but also a firm feel. In addition, radiation-curable binders can also be used Application find in the ink formulation, since these binders have high efficacy even at very low concentrations.
Für den Fall, dass die lichtemittierenden Schichten beziehungsweise leitfähigen Schichten aus Pasten hergestellt werden, enthalten diese Verdickungsmittel um das erforderliche Viskositätsniveau zu erreichen, welches typischerweise im Bereich von 3 bis 10 Pas liegt.In the case where the light-emitting layers or conductive layers are made of pastes, these thickeners contain to achieve the required viscosity level, which is typically in the range of 3 to 10 Pas.
Besonders vorteilhaft sind die Verdickungsmittel von synthetischen oder natürlichen Polyelektrolyten und/oder Quellkörperverdickungen gebildet. Alternativ sind Verdickungsmittel auf Basis von Alginaten, Carboxymethylcellulosen, Carboxmethlyguar, Carboxmethylstärken oder Polyacrylaten vorgesehen.The thickeners are particularly advantageously formed by synthetic or natural polyelectrolytes and / or swelling body thickenings. Alternatively, thickeners based on alginates, carboxymethylcelluloses, carboxymlyguar, carboxymethyl starches or polyacrylates are provided.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die leitfähigen Schichten als leitfähige Partikel elektrisch leitfähige Polymere, Russ, Graphit oder metallische Partikel auf.According to an advantageous embodiment of the invention, the conductive layers as conductive particles to electrically conductive polymers, carbon black, graphite or metallic particles.
In überraschender Weise wurde gefunden, dass anstelle von ITO (Indium-Zinn-Oxid) elektrisch leitfähige Polymere als transparente Elektroden verwendet werden können. Obwohl elektrisch leitfähige Polymere dunkel gefärbt sind, eignen sich diese als transluzente elektrische Schicht für Lumineszenzelemente. Neben des Preisvorteils bieten elektrisch leitfähige Polymerlösungen vor allem auch den Vorteil als Tinten für den Inkjetdruck formuliert werden zu können. Dadurch kann die Gestaltung der transparenten Elektrode in beliebiger Formgebung erfolgen.Surprisingly, it has been found that instead of ITO (indium tin oxide) electrically conductive polymers can be used as transparent electrodes. Although electrically conductive polymers are colored dark, they are suitable as a translucent electrical layer for luminescent elements. In addition to the price advantage, electrically conductive polymer solutions also offer the advantage of being able to be formulated as inks for inkjet printing. As a result, the design of the transparent electrode can take place in any desired shape.
Für die Formulierung elektrisch leitfähiger Tinten und Pasten werden insbesondere elektrisch leitfähige Polymere auf Basis von Polypyrrol, Polyanilin und Polythiophen als auch anorganische Pigmente mit einem Teilchendurchmesser ≤ 1 μm verwendet. Als leitfähige Pigmente sind vor allem Russ, Graphit, Graphen, CNT sowie Silber zu nennen, die durch einen aufwendigen Mahl- und Dispergierprozess auf die notwendige Feinheit gemahlen werden. Auch weitere metallische Partikel, insbesondere auch mit Metallen gecoatete Glaspartikel können als leitfähige Pigmente, das heißt Partikel verwendet werden. Da die Sedimentationsneigung mit kleiner werdendem Teilchendurchmesser abnimmt und zudem weniger Dispergiermittel benötigt wird, kommt der einheitlichen und reproduzierbaren Güte der Mahlung im Hinblick auf die Stabilität und Druckbarkeit der Tinten eine sehr wichtige Bedeutung zu. Im Hinblick auf einwandfreie Applikationseigenschaften und zur Vermeidung von Düsenverstopfungen (Düsendurchmesser ca. 20 μm) sowie zur Vermeidung der Sedimentation sind Partikelgrößen kleiner als 300 nm als ganz besonders bevorzugt anzusehen. Sehr häufig kommt es aufgrund schlechter Pigmentmahlung und ungenügender Stabilisierung zu Agglomerationen und einer inhomogenen Pigmentgrößenverteilung, die sich in Düsenverstopfungen und Unbrauchbarkeit der Tinte äußern. Über dies hinaus können die Pigmentteilchen unterschiedliche Form aufweisen und dementsprechend das Fließverhalten der Pigmentzubereitungen beeinflussen. Nichtisometrische Pigmentteilchen führen in der Regel zu höheren Fließviskositäten und zeigen oft kein Newtonsches Fließverhalten, während isometrische Pigmentteilchen im allgemeinen bei gleicher Pigmentkonzentration niedrigere viskose Zubereitungen ergeben und meist Newtonsches Fließverhalten aufweisen. Wie diese Ausführungen zeigen, ist daher die Kenntnis der Zusammenhänge zwischen Partikelgrößenverteilung und Druckfähigkeit/Tinteneigenschaften von ausschlaggebender Bedeutung für die Herstellung und optimale Formulierung von hochkonzentrierten Pigmenttinten.For the formulation of electrically conductive inks and pastes in particular electrically conductive polymers based on polypyrrole, polyaniline and polythiophene and inorganic pigments are used with a particle diameter ≤ 1 microns. The conductive pigments are, above all, carbon black, graphite, graphene, CNT and silver, which are ground to the required fineness by a complex milling and dispersing process. Other metallic particles, in particular also glass particles coated with metals, can be used as conductive pigments, that is to say particles. Since the tendency of sedimentation to decrease with decreasing particle diameter and also less dispersant is required, the uniform and reproducible quality of grinding in view of the stability and printability of inks is very important. In view of flawless application properties and to avoid nozzle clogging (nozzle diameter about 20 microns) and to avoid sedimentation particle sizes smaller than 300 nm are considered to be very particularly preferred. Very often, due to poor pigment grinding and insufficient stabilization, agglomerations and an inhomogeneous pigment size distribution occur, which manifest themselves in nozzle clogging and unusability of the ink. In addition, the pigment particles may have different shapes and accordingly influence the flow behavior of the pigment preparations. Non-isometric pigment particles generally lead to higher flow viscosities and often do not exhibit Newtonian flow behavior, while isometric pigment particles generally give lower viscous preparations at the same pigment concentration and usually exhibit Newtonian flow behavior. As these statements show, therefore, the knowledge of the relationships between particle size distribution and printability / ink properties is of crucial importance for the production and optimum formulation of highly concentrated pigment inks.
Gemäß einer ersten Variante der Erfindung ist auf dem Textilsubstrat eine Schichtstruktur von übereinanderliegenden Schichten aufgebracht, wobei die lichtemittierende Schicht zwischen einer oberen und unteren leitfähigen Schicht liegt, und wobei vorzugsweise die obere leitfähige Schicht, allgemein mindestens eine leitfähige Schicht transparent für das von der lichtemittierenden Schicht abgegebene Licht ist.According to a first variant of the invention, a layer structure of superimposed layers is applied to the textile substrate, the light-emitting layer lying between an upper and lower conductive layer, and preferably the upper conductive layer, generally at least one conductive layer being transparent to that of the light-emitting layer emitted light is.
Diese Schichtstruktur weist einen besonders einfachen Ausbau auf, da sie mit den beiden leitfähigen Schichten und der dazwischen liegenden lichtemittierenden Schicht nur drei Schichten aufweist. Diese Ausführungsform kann insbesondere dann vorteilhaft realisiert werden, wenn zumindest die obere leitfähige Schicht, bevorzugt alle drei Schichten aus höherviskosen Pasten gebildet werden.This layer structure has a particularly simple construction, since it has only three layers with the two conductive layers and the light-emitting layer therebetween. This embodiment can be realized particularly advantageously if at least the upper conductive layer, preferably all three layers, are formed from higher-viscosity pastes.
Die obere leitfähige Schicht ist deshalb transparent, dass das von der lichtemittierenden Schicht abgestrahlte Licht diese Schicht durchdringen kann.The upper conductive layer is therefore transparent, so that the light emitted from the light-emitting layer can penetrate this layer.
Gemäß einer vorteilhaften Variante ist zwischen der lichtemittierenden Schicht und der oberen leitfähigen Schicht eine wasserabsorbierende Schicht, insbesondere eine Alginat-Schicht, oder eine flüssigkeitsdichte Schicht, insbesondere eine Polymerschicht vorgesehen, falls die obere leitfähige Schicht von einer niederviskosen leitfähigen Tinte gebildet ist.According to an advantageous variant, a water-absorbing layer, in particular an alginate layer, or a liquid-tight layer, in particular a polymer layer, is provided between the light-emitting layer and the upper conductive layer if the upper conductive layer is formed by a low-viscosity conductive ink.
Durch diese zusätzliche Schicht wird ein unerwünschtes Eindringen der leitfähigen Tinte in die lichtemittierende Schicht verhindert. This additional layer prevents unwanted penetration of the conductive ink into the light-emitting layer.
Gemäß einer zweiten Variante der Erfindung bilden die leitfähigen Schichten eine Doppelkammstruktur, auf welche die lichtemittierende Schicht aufgebracht ist.According to a second variant of the invention, the conductive layers form a double comb structure on which the light-emitting layer is applied.
Dabei sind die leitfähigen Schichten unmittelbar auf das Textilsubstrat aufgebracht, wobei jede leitfähige Schicht eine Kammstruktur mit einer Anordnung von durch Zwischenräumen getrennten Zähnen ausbildet und die Zähne einer Kammstruktur in die Zwischenräume der jeweils anderen Kammstruktur ragen, so dass die Zähne beider Kammstrukturen in Abstand gegenüberliegend angeordnet sind.In this case, the conductive layers are applied directly to the textile substrate, wherein each conductive layer forms a comb structure with an array of teeth separated by gaps and the teeth of a comb structure protrude into the interstices of the respective other comb structure, so that the teeth of both comb structures are arranged at a distance are.
Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass beide leitfähigen Schichten direkt auf das Textilsubstrat aufgebracht werden und dann darauf nur noch die lichtemittierende Schicht aufgebracht wird, wodurch sich eine besonders einfache Schichtstruktur ergibt und daraus folgend ein entsprechend einfaches und rationelles Herstellungsverfahren des elektrolumineszierenden Texils.It is particularly advantageous in this case that both conductive layers are applied directly to the textile substrate and then only the light-emitting layer is applied thereto, resulting in a particularly simple layer structure and consequently a correspondingly simple and efficient production process of the electroluminescent textile.
Bei beiden Varianten sind an die leitfähigen Schichten Elektroden geführt, um dann durch Anlegen einer Wechselspannung die lichtemittierende Schicht zum Leuchten anzuregen. Allgemein kann durch eine Variation der Wechselspannung und dadurch bedingt der Anregungsfrequenz der lichtemittierenden Schicht der Farbton und die Helligkeit des abgegebenen Lichts verändert werden.In both variants, electrodes are led to the conductive layers in order then to excite the light-emitting layer by applying an alternating voltage. In general, the color tone and the brightness of the emitted light can be changed by a variation of the alternating voltage and, consequently, the excitation frequency of the light-emitting layer.
Bevorzugt betragen bei beiden Varianten die Abstände zwischen den leitfähigen Schichten etwa 100 bis 300 μm.In both variants, the distances between the conductive layers are preferably about 100 to 300 μm.
Weiterhin kann bei beiden Varianten gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung eine elektrisch isolierende Schutzschicht aufgebracht werden, welche Silikone, Polymere oder Bindemittel auf Basis von Acrylat oder Polyurethan enthält.Furthermore, in both variants according to an advantageous embodiment, an electrically insulating protective layer can be applied which contains silicones, polymers or binders based on acrylate or polyurethane.
Mit dieser Schutzschicht wird ein mechanischer Schutz und eine elektrische Isolierung des elektrolumineszierenden Textils nach außen erreicht.With this protective layer, mechanical protection and electrical insulation of the electroluminescent textile is achieved to the outside.
Das erfindungsgemäße elektrolumineszierende Textil kann vorteilhaft zur Ausbildung von Anzeigeelementen dienen, wie zum Beispiel 7-Segment-Anzeigen oder Multidotdisplays.The electroluminescent textile according to the invention can advantageously be used to form display elements, such as 7-segment displays or multi-dot displays.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen und der nachfolgenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention will be explained below with reference to examples and the following drawings. Show it:
Für den Fall, dass der obere Layer
Die lichtemittierende Schicht enthält Lumineszenzpigmente, die durch Anlegen einer Wechselspannung an die leitfähige Schicht zum Leuchten gebracht werden.The light-emitting layer contains luminescent pigments that are made to glow by applying an alternating voltage to the conductive layer.
Beispiel 1 einer elektrisch leitfähigen PasteExample 1 of an electrically conductive paste
Die Herstellung einer elektrisch leitfähigen Paste, welche zur Ausbildung einer leitfähigen Schicht für eine der Strukturen gemäß den
1 g ITCF Verdicker 01
5 g ITCF Binder 01
0,5 g ITCF Dispergerhilfsmittel 01
4 g Ruß
100 g WasserThe production of an electrically conductive paste, which is used to form a conductive layer for one of the structures according to FIGS
1 g of ITCF thickener 01
5 g of ITCF binder 01
0.5 g ITCF Dispersing Agent 01
4 g of soot
100 g of water
Das Verdickungsmittel wird unter Rühren in Wasser eingerührt und bis zur vollständigen Quellung stehen gelassen. Anschließend werden Bindemittel und Dispergiermittel innerhalb von 5 min unter Rühren in die Verdickerlösung eingerührt. Anschließend wird Ruß als elektrisch leitfähige Komponente portionsweise zugegeben und noch 1 h gerührt. Die Viskosität der Druckpaste liegt im Bereich zwischen 2000–8000 mPas. Der Oberflächenwiderstand der damit hergestellten Druckmuster liegt im Bereich von 6000–10000 Ohm/sqr. Die Paste eignet sich insbesondere für den Siebdruck zur Herstellung von Interdigitalmustern mit Elektrodenstärken und Elektrodenabständen von bis zu 0,3 mm.The thickener is stirred with stirring in water and allowed to stand until complete swelling. The binder and dispersant are then stirred into the thickener solution with stirring within 5 minutes. Subsequently, carbon black is added as an electrically conductive component in portions and stirred for a further 1 h. The viscosity of the printing paste is in the range between 2000-8000 mPas. The surface resistivity of the printed patterns made therewith is in the range of 6000-10000 ohms / sq. The paste is particularly suitable for screen printing for the production of interdigital patterns with electrode thicknesses and electrode distances of up to 0.3 mm.
Beispiel 2 einer elektrisch leitfähigen PasteExample 2 of an electrically conductive paste
Durch Verwendung eines anderen Verdickungsmittels (ITCF Verdicker 02) wurde eine weitere elektrisch leitfähige Paste auf Basis von Russ hergestellt. Die Herstellung und Verfahrensweise für das folgende Rezept ist analog zu Beispiel 1.
1% ITCF Verdicker 02
4% Ruß
1% ITCF Dispergierhilfsmittel 01
5% ITCF Binder 01
100 g WasserBy using another thickening agent (ITCF Thickener 02), another electrically conductive paste based on carbon black was prepared. The preparation and procedure for the following recipe is analogous to Example 1.
1% ITCF thickener 02
4% soot
1% ITCF dispersing agent 01
5% ITCF binder 01
100 g of water
Die mit diesem Rezept hergestellten Druckpasten ließen sich einerseits gut verdrucken und lieferten andererseits konturenschafe Interdigitalstrukturen ausreichender elektrischer Leitfähigkeit. Die erhaltenen Druckergebnisse sind beispielhaft für 2 verschiedenen Schablonenfeinheiten unter Standardbedingungen auf Baumwolle dargestellt. Tab. Druckergebnisse auf Baumwolle mit Rezeptur 2
Ein häufig anzutreffendes Phänomen war das Auftreten von Stippen in der Paste die aufgrund der Pastenbeschaffenheit erst beim Drucken zu sehen waren. Da Ruß nur schwer zu dispergieren ist, lag der Verdacht nahe, dass der Ruß in der Paste Agglomerate bildet. Dies wird vermutlich durch die Herstellungsweise der Paste begünstigt. Da der Ruß bis dahin in Pulverform in die Paste eingearbeitet wurde, erfolgte die Dispergierung der Russpartikel durch ein Dispergiermittel (01) vor dem Einbringen in die Druckpaste. Da es sich bei Dispergiermittel 01 um eine wachsartige Substanz handelt wird diese in warmen Wasser unter Rühren gelöst. Hierzu wird eine definierte Menge Ruß gegeben und dieses wird mit dem Dissolver hochtourig dispergiert. Der Verdicker wird gemeinsam mit dem Binder angesetzt und dann die Rußdispersion zugesetzt und hochtourig gerührt. Durch diese Verfahrensweise konnten Stippen vermieden werden. Der Oberflächenwiderstand der so hergestellten Drucke liegt im einstelligen kΩ/sqr- Bereich und ist für die Erzeugung von Lumineszenzeffekten absolut ausreichend. Die mit Schablone 68 hergestellten Muster ergeben das beste DruckbildA common phenomenon was the appearance of specks in the paste, which were only visible when printing due to the nature of the paste. Since carbon black is difficult to disperse, it was suspected that the carbon black forms agglomerates in the paste. This is probably favored by the method of preparation of the paste. Since the carbon black was incorporated into the paste in powder form until then, the dispersing of the soot particles by a dispersant (01) took place before introduction into the printing paste. As it is at Dispersant 01 is a waxy substance is dissolved in warm water with stirring. For this purpose, a defined amount of carbon black is added and this is dispersed at high speed with the dissolver. The thickener is prepared together with the binder and then the carbon black dispersion is added and stirred at high speed. By doing so, specks could be avoided. The surface resistance of the prints thus produced is in the single-digit kΩ / sqr range and is absolutely sufficient for the generation of luminescence effects. The patterns made with template 68 give the best print image
Beispiel 3 einer elektrisch leitfähigen PasteExample 3 of an electrically conductive paste
Die Herstellung einer silberbasierten Paste erfolgt analog den Beispielen 1–2. Der Verdicker wird gemeinsam mit dem Bindemittel angesetzt und unter Zugabe von Wasser hochtourig gerührt. Anschließend wird der Dispergator zugegeben und die Silberpartikel eingerührt. Die Basisrezeptur für eine Silberbasierte Paste ergibt sich wie folgt:
- • 2 g ITCF Verdicker 01
- • 5 g ITCF Binder 01
- • 1 g ITCF Dispergierhilfsmittel 01
- • 10 g Silberflakes
- • 82 g Wasser
- • 2 g ITCF thickener 01
- • 5 g ITCF binder 01
- • 1 g of ITCF dispersing agent 01
- • 10 g of silver flakes
- • 82 g of water
Diese Standard Silberpaste wurde ebenfalls mit allen 3 Schablonen unter Standardbedingungen auf Baumwolle gedruckt. Die Drucke sind bezüglich der Druckqualität und elektrischen Leitfähigkeit deutlich besser, als die mit Ruß hergestellten Druckmuster. Die elektrische Leitfähigkeit der hergestellten Druckmuster lag in allen Fällen unter 100 Ohm/sqr. Auch diese Paste eignet sich zur Herstellung von leitfähigen Schichten für die Strukturen gemäß den
Beispiel 4 einer elektrisch leitfähigen PasteExample 4 of an electrically conductive paste
Durch Verwendung eines anderen Verdickungsmittels (ITCF Verdicker 02) wurde eine weitere elektrisch leitfähige Paste auf Basis von Silber hergestellt. Die Herstellung und Verfahrensweise für das folgende Rezept ist analog zu Beispiel 3.
- – 48 g Wasser
- – 8,3 g Binder 03
- – 40 g Silberpulver
- – 3,3 g Druckhilfsmittel 01
- - 48 g of water
- - 8.3 g binder 03
- - 40 g of silver powder
- - 3.3 g of printing aid 01
Die Silberpaste konnte mit allen Schablonen gedruckt werden und lieferte einen Oberflächenwiderstand von weniger als 30 Ohm/sqr.The silver paste could be printed with all templates, providing a surface resistance of less than 30 ohms / sq.
Beispiel 5 einer elektrisch leitfähigen PasteExample 5 of an electrically conductive paste
In Anlehnung an die in Bsp 1 und 2 genannten Rußpasten wurden Pasten mit Graphit als leitfähige Partikel hergestellt. herzustellen. Dabei wurde auf die erarbeiteten Erfahrungen der Rußpastenentwicklung zurückgegriffen. Es wurden unterschiedliche Mengen an Graphit eingearbeitet und dann der Oberflächenwiderstand bestimmt sowie das Druckbild bewertet. Wie aus Tab. hervorgeht, wird bereits bei einem Graphitanteil von 10% eine ausreichende elektr. Leitfähigkeit erreicht. Die verwendete Rezeptur lautet:
1% ITCF Verdicker 02
4% Graphit
1% ITCF Dispergierhilfsmittel 01
5% ITCF Binder 01
Wasser Tab.: Druckergebnisse mit Graphitpaste
1% ITCF thickener 02
4% graphite
1% ITCF dispersing agent 01
5% ITCF binder 01
Water Tab .: Printing results with graphite paste
Beispiel 6 einer elektrisch leitfähigen Tinte Example 6 of an electrically conductive ink
Die Herstellung einer elektrisch leitfähigen Tinte erfolgt nach folgender Rezeptur:
5% Russpartikel
2,5–5% ITCF Dispergator 02
50% ITCF Basistinte (enthält alle für Inkjet notwendigen Komponenten zur Einstellung
des Fließverhaltens und der Oberflächenspannung)
38% Wasser
2% ITCF Binder 03The preparation of an electrically conductive ink is carried out according to the following recipe:
5% soot particles
2.5-5% ITCF disperser 02
50% ITCF Base Ink (contains all inkjet adjustment components required)
the flow behavior and the surface tension)
38% water
2% ITCF binder 03
Wasser wird zusammen mit dem Dispergator vorgelegt und Russ in die Dispersion eingerührt. Anschließend wird die Dispersion 2 h in einer Perlmühle mit ZrOxidkugeln (0,5–0,7 mm Durchmesser) gemahlen, dann das Bindemittel eingerührt und nachfolgend auf 0,8 μm filtriert.Water is introduced together with the dispersant and soot stirred into the dispersion. The dispersion is then milled in a bead mill with ZrOxidkugeln (0.5-0.7 mm diameter) for 2 h, then stirred the binder and then filtered to 0.8 microns.
Die Tinte zeigt bei 10fachem Overprint auf Polyester einen Oberflächenwiderstand im Bereich von 10–50 kOhm/sqr und kann für die drucktechnische Herstellung der Interdigitalstrukturen (als Anregungselektrode) mit dem Inkjetverfahren verwendet werden. Die Tinte eignet sich zur Herstellung von leitfähigen Schichten für die Strukturen gemäß den
Beispiel 7 einer elektrisch leitfähigen Tinte (transparente Frontelektrode)Example 7 of an electrically conductive ink (transparent front electrode)
Für die Herstellung der Frontelektrode, das heißt der oberen leitfähigen Schicht der Struktur von
Beispiel 8 (Lumineszenzpaste)Example 8 (luminescent paste)
Dieses Beispiel betrifft eine lösemittelfreie Leuchtpaste für die Herstellung von lichtemittierenden Schichten für die Strukturen der
1 g Verdicker 02
2,5 g Binder 01
0,5 g Dispergiermittel 01
25 g Mischung 1:1 Leuchtpigment:Bariumtitanat
41 g WasserThis example relates to a solvent-free luminous paste for the production of light-emitting layers for the structures of the
1 g thickener 02
2.5 g binder 01
0.5 g of dispersant 01
25 g mixture 1: 1 luminescent pigment: barium titanate
41 g of water
(Bsp Leuchtpigment Osram Sylvania GG45)(Egg luminescent pigment Osram Sylvania GG45)
Alle Komponenten werden vermischt und nach intensivem Rühren mit einer Lackhantel auf einer Interdigitaldruck aus Silber aufgebracht. Das Muster wird im Trockner bei 120°C 3 min getrocknet. Nach Anschluß an den Konverter (> 120 V Wechselspannung) leuchtet die Probe hell.All components are mixed and applied after intensive stirring with a paint dumbbell on an interdigital print made of silver. The pattern is dried in the dryer at 120 ° C for 3 min. After connection to the converter (> 120 V AC voltage), the sample lights up brightly.
Die mit dieser lösemittelfreien Lumineszenzpaste hergestellten Lumineszenzmuster sind weich und keineswegs hart und spröde wie die mit lösemittelhaltiger Paste der Firma Lumitech hergestellten Muster.The luminescence patterns produced with this solvent-free luminescent paste are soft and by no means hard and brittle like the samples produced with solvent-based paste from Lumitech.
Beispiel 9 Herstellung von Lumineszenzmustern Example 9 Preparation of luminescence patterns
Interdigitalstrukturen mit einer Elektrodenbreite von >0,3 mm sowie Elektrodenabständen von 0,3 mm wurden mittels Siebdruck- bzw. Inkjetverfahren nach den Beispielen 1–7 hergestellt und nachfolgend mit der Leuchtpaste aus Bsp. 8 bedruckt. Nach dem Trocknen bei 120°C/3 min und Anschluss an eine Wechselspannung > 120 V leuchten die Muster im Bereich zwischen den Elektroden hell. In der nachfolgenden Tabelle sind Beispielhafte Interdigitalstrukturen aus unterschiedlichen Materialien genannt.
Beispiel 10 Sandwich-StrukturenExample 10 Sandwich structures
Alternativ zu den Interdigitalstrukturen wurde mittels einer „Sandwich”-Konstruktion gemäß
Als Trägerschicht wird ein Textil verwendet. Die Elektrode, die direkt auf das Trägermaterial aufgebracht wird, kann eine der bereits bei den Interdigitalmustern verwendeten leitfähigen Pasten oder Tinten (Beispiele 1–7) sein.The carrier layer used is a textile. The electrode applied directly to the substrate may be one of the conductive pastes or inks already used in the interdigital patterns (Examples 1-7).
Es wurden vollflächige Siebdrucke mit Ruß auf Baumwolle und auf Polyurethan beschichtetem Gewirke durchgeführt. Auf diese Drucke wird dann mit der Lackhantel zuerst ein Gemisch von Bariumtitanat und Leuchtpigmenten appliziert. Die Pasten werden mit 1.5% Verdicker 02, 1% Dispergierhilfsmittel 01 und 5% Binder 01 angesetzt. Dann werden 50% Bariumtitanat bzw. Leuchtpigment (LP) am Rührer eingearbeitet. Variiert wurden die Schichtdicke und die Anzahl der Striche.Full-surface screen printing was carried out with carbon black on cotton and polyurethane-coated knitted fabric. Then, with the paint dumbbell, a mixture of barium titanate and luminescent pigments is first applied to these prints. The pastes are prepared with 1.5
Lumineszenzelemente in Sandwichbauweise lassen sich auf Textilien, Planen, etc durch Anwendung der Beispiele 1–8 realisieren:
- – 1. Schritt: Druck der Rückelektrode auswählbar aus Beispiel 1
bis Beispiel 7 - – 2. Schritt: Druck
der Lumineszenzschicht Beispiel 8 - – 3. Schritt: Isolation/Alginatschicht zwischen Elektrode und Leuchtpigmentschicht ist optional
- – 4. Schritt: Druck oder Beschichtung mit transparenter Topelektrode aus Beispiel 7
- - 1st step: pressure of the back electrode selectable from Example 1 to Example 7
- 2nd step: printing of the luminescent layer Example 8
- - 3rd step: Isolation / alginate layer between electrode and luminescent pigment layer is optional
- Step 4: Printing or coating with transparent top electrode from Example 7
Beispiel 10 (7 Segmentanzeige)Example 10 (7 segment display)
- – Druck einer gemeinsamen elektrisch leitfähigen Rückelektrode durch Siebdruck mit Silberpaste- Printing a common electrically conductive back electrode by screen printing with silver paste
- – Druck von 3 Schichten Leuchtpaste mit Siebdruck- Printing of 3 layers of luminous paste with screen printing
- – Druck von 1 Schicht Alginat 5% als Wasserabsorber (Siebdruck, optional)- Printing of 1 layer of alginate 5% as water absorber (screen printing, optional)
- – Druck der 7 Topsegmente mit 8 Overprints mit MSONE Inkjetdrucker und elektrische leitfähige transparente Polymertinte- Print the 7 top segments with 8 overprints with MSONE inkjet printer and electrically conductive transparent polymer ink
Jede einzelne Topelektrode wird über ein Relais (Schalter) mit Wechselspannung versorgt. Wenn alle Relais eingeschaltet sind, leuchten 7 Segmente also die Ziffer 8.Each individual top electrode is supplied with AC voltage via a relay (switch). If all the relays are switched on, 7 segments will light 8.
Sind die elektrisch leitfähigen Ziffern und Muster elektrisch leitend miteinander verbunden, so leuchtet das gedruckte Muster beim Anlegen einer genügend hohen Wechselspannung (> 120 V) hell auf.If the electrically conductive numbers and patterns are electrically connected to one another, the printed pattern lights up brightly when a sufficiently high alternating voltage (> 120 V) is applied.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Elektrolumineszierendes TextilElectroluminescent textile
- 22
- Textilsubstrattextile substrate
- 33
- oberer Layerupper layer
- 44
- Zwischenschichtinterlayer
- 55
- unterer Layerlower layer
- 66
- Anschlussconnection
- 77
- Spannungsquellevoltage source
- 8, 8'8, 8 '
- Kammstrukturcomb structure
- 99
- BasisBase
- 1010
- Zähneteeth
- 11, 11'11, 11 '
- Elektrodeelectrode
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102009026409 A1 [0004] DE 102009026409 A1 [0004]
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|---|---|
| DE (1) | DE102012109763A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| PL423147A1 (en) * | 2017-10-12 | 2019-04-23 | Bluepos Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia | Sheet of cardboard with electroluminescent layer |
| US10967786B1 (en) | 2019-10-21 | 2021-04-06 | Honda Motor Co., Ltd. | EL coating under headliner fabric |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009026409A1 (en) | 2009-05-20 | 2010-11-25 | Hochschule Niederrhein | Electroluminescent textile and method of manufacture |
| WO2012020009A1 (en) * | 2010-08-13 | 2012-02-16 | Tesa Se | Lighting means which can in particular be thermoformed |
-
2012
- 2012-10-12 DE DE201210109763 patent/DE102012109763A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
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| DE102009026409A1 (en) | 2009-05-20 | 2010-11-25 | Hochschule Niederrhein | Electroluminescent textile and method of manufacture |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: DEUTSCHE INSTITUTE FUER TEXTIL- UND FASERFORSC, DE Free format text: FORMER OWNER: ITCF INSTITUT FUER TEXTILCHEMIE UND CHEMIEFASERN, 73770 DENKENDORF, DE |
|
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: RUCKH, RAINER, DR., DE |
|
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |